{"id":2915,"date":"2023-08-21T17:14:54","date_gmt":"2023-08-21T15:14:54","guid":{"rendered":"https:\/\/mnwell.com\/?p=2915"},"modified":"2023-08-21T17:15:01","modified_gmt":"2023-08-21T15:15:01","slug":"design-process-of-aluminum-alloy-gearbox-housing","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/mnwell.com\/de\/design-process-of-aluminum-alloy-gearbox-housing\/","title":{"rendered":"Konstruktionsprozess eines Getriebegeh\u00e4uses aus Aluminiumlegierung"},"content":{"rendered":"
Zusammenfassung: Ausgehend von dem Ph\u00e4nomen, dass Gussteile aus Aluminiumlegierungen w\u00e4hrend des Druckgussverfahrens h\u00e4ufig mit Defekten wie Luftl\u00f6chern, Lunkern und Kaltverschl\u00fcssen behaftet sind, werden am Beispiel des Getriebegeh\u00e4uses eines Automobils aus Aluminiumlegierung die strukturellen Merkmale des Getriebegeh\u00e4uses sowie das Gie\u00dfsystem und das K\u00fchlsystem analysiert. Die Kernziehstruktur wird entworfen, die optimalen Prozessparameter werden bestimmt, nach Tests und Analysen und schlie\u00dflich durch die tats\u00e4chliche Druckgussproduktion verifiziert, wird die Rationalit\u00e4t des Prozessplans best\u00e4tigt. Die Ergebnisse zeigen, dass: wenn die feste Formtemperatur 200 \u2103 ist, die bewegliche Form 220 \u2103 ist, die Gie\u00dftemperatur der Aluminiumfl\u00fcssigkeit 670 \u2103 ist, die langsame Einspritzgeschwindigkeit 0,18 m\/s ist, die schnelle Einspritzgeschwindigkeit 4,5 m\/s ist, der Druck des Innenkanals ist Wenn die Einspritzgeschwindigkeit 48 m\/s ist und die Formverweilzeit 30 s ist, ist die Formqualit\u00e4t des Gusses besser. Eine vern\u00fcnftige Gestaltung des Druckgussverfahrens kann nicht nur die Produktionseffizienz und die Produktqualifikationsrate verbessern, sondern auch die Formgestaltung und den Herstellungsprozess vereinfachen und die Kosten f\u00fcr die Formentwicklung senken.<\/p>\n\n\n\n
Aluminiumlegierungen haben die Vorteile einer geringen Dichte, hohen Festigkeit, Korrosionsbest\u00e4ndigkeit, Verschlei\u00dffestigkeit, guten W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, einfachen Verarbeitung und sch\u00f6nen Aussehens. Es ist weit verbreitet in der Automobil-, Luftfahrt-, Maschinen-, Kommunikations- und anderen Bereichen verwendet. Die Formgebungsverfahren der Aluminiumlegierung umfassen haupts\u00e4chlich Druckguss, Sandguss, Squeeze-Casting und so weiter. Gegenw\u00e4rtig werden 49% der Produkte aus Aluminiumlegierungen im Druckgussverfahren hergestellt. Druckguss-Aluminiumlegierungen sind weit verbreitet und machen mehr als 75% der Gesamtproduktion von Druckgussteilen aus. Druckguss hat viele Vorteile, wie z. B. eine gute Produktqualit\u00e4t, hohe Ma\u00dfgenauigkeit und Eignung f\u00fcr die Massenproduktion. W\u00e4hrend des Produktionsprozesses treten aufgrund der physikalischen Ver\u00e4nderungen von Gussteilen aus Aluminiumlegierungen, die mit thermischer Ausdehnung und Kontraktion einhergehen, unweigerlich Defekte wie Poren, Lunker, Kaltverformungen und Risse auf, was die Produktionsqualit\u00e4t von Gussteilen aus Aluminiumlegierungen stark beeintr\u00e4chtigt. Angesichts der immer strengeren Anforderungen an Gussprodukte aus Aluminiumlegierungen im Automobilbereich muss die Gie\u00dfereiindustrie den Druckgussprozess kontinuierlich optimieren, um die Anforderungen an die Produktleistung zu erf\u00fcllen.<\/p>\n\n\n\n
In Abbildung 1 ist ein neu entwickeltes Getriebegeh\u00e4use aus einer Aluminiumlegierung f\u00fcr Kraftfahrzeuge dargestellt. Die Produktstruktur ist sehr komplex, mit konkaven und konvexen Strukturen wie \u00d6lleitungen, Verst\u00e4rkungsrippen und Befestigungsl\u00f6chern auf der gesamten Oberfl\u00e4che, so dass die Form einen seitlichen Kernziehmechanismus hat. Die Wandst\u00e4rkenanalyse des Getriebegeh\u00e4uses ist in Abbildung 2 dargestellt. Das Material des Produkts ist AlSi9Cu3, die Schrumpfungsrate betr\u00e4gt 0,6%; die maximale Au\u00dfenabmessung betr\u00e4gt 456 mm\u00d7381 mm\u00d7275 mm; das Gewicht betr\u00e4gt 9,9 kg; die durchschnittliche Wandst\u00e4rke betr\u00e4gt 4 mm; es gibt viele \u00d6ldurchgangsl\u00f6cher, so dass die Dichteanforderung hoch ist, und die Porosit\u00e4tsanforderung ist hoch, strenge Lecksuchanforderungen, Probenvorlageanforderungen sind Porosit\u00e4t nicht h\u00f6her als 5%, Poren nicht gr\u00f6\u00dfer als 3 mm.<\/p>\n\n\n\n Abbildung 1<\/p>\n\n\n\n Abbildung 2<\/p>\n\n\n\n Bei der Druckgussform muss die Trennfl\u00e4che im Allgemeinen so gew\u00e4hlt werden, dass das Gussteil nach dem \u00d6ffnen der Form auf der Seite der beweglichen Form verbleibt, die f\u00fcr das Auswerfen geeignet ist, und auf den gr\u00f6\u00dften Abschnitt der Druckgusskontur gesetzt wird. Aufgrund der komplexen Struktur des Produkts kann die innere Struktur nicht direkt geformt werden, und die Teile, die nicht mit der \u00d6ffnungsrichtung der beweglichen und festen Formen \u00fcbereinstimmen, m\u00fcssen mit Hilfe von Schiebern geformt werden. Au\u00dferdem muss das Produkt eine gewisse Entformungsschr\u00e4ge aufweisen, um das sp\u00e4tere \u00d6ffnen der Form zu erleichtern. Die Trennfl\u00e4chen des oberen, unteren und rechten Schiebers sowie der festen und beweglichen Form sind in Abbildung 3 dargestellt. Abbildung 3a ist die Trennebene des unteren Schiebers, Abbildung 3b die Trennebene des rechten Schiebers, Abbildung 3c die Trennebene des oberen Schiebers und Abbildung 3d die Trennebene der beweglichen und festen Form. Die Bestimmung der richtigen Trennebene ist der Schl\u00fcssel zur Konstruktion der Form.<\/p>\n\n\n\n Abbildung 3<\/p>\n\n\n\n Der Einlauf ist das wichtigste Element im Prozessplan des Druckgie\u00dfens, das die Produktqualit\u00e4t und den Produktionsprozess direkt bestimmt. Er wird bei wichtigen oder schlecht flie\u00dfenden Produktteilen eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Flie\u00dfform im Inneren der Kavit\u00e4t so gleichm\u00e4\u00dfig und stabil wie m\u00f6glich ist. Siehe Formel (1) f\u00fcr die Berechnungsformel. Der Angusskanal wird zur Verbindung von Anguss und Innenkanal verwendet, und die Querschnittsfl\u00e4che des Kanals sollte so gestaltet sein, dass der Angusskanal zum Innenkanal immer kleiner wird, was dazu beitr\u00e4gt, dass ein gewisser Der Druck kann das Auftreten von Wirbelstr\u00f6men im Gie\u00dfprozess verhindern. Die Gestaltung des \u00dcberlaufsystems ist ein wichtiger Bestandteil, um die Qualit\u00e4t der Gussteile zu gew\u00e4hrleisten. Es hat die Aufgabe, das Gas, das kalte Material, die Einschl\u00fcsse an der Vorderseite des geschmolzenen Metalls und die Fl\u00fcssigkeit am Zusammenfluss des Metalls abzuf\u00fchren, um die Fehler des Druckgusses zu beseitigen. Die strukturellen Merkmale des Produkts bestimmen die Anordnung der Gie\u00dfkan\u00e4le, und die Anordnung der Schlackenpfanne wird im Allgemeinen nach den Ergebnissen der Formflussanalyse festgelegt. Die Funktion der Entl\u00fcftungsrinne hat einen gro\u00dfen Einfluss auf die inneren Poren des Druckgussst\u00fccks. Im Idealfall betr\u00e4gt die Querschnittsfl\u00e4che der Auslaufrinne mehr als 50% der Querschnittsfl\u00e4che des Anschnitts. Die Entl\u00fcftungsrille wird in der Regel in Verbindung mit der \u00dcberlaufrille verwendet. Die t\u00e4gliche Wartung und Reinigung der Auslassrille ist notwendig, um eine normale Produktion zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n In der Druckgussform ist die Auslegung des K\u00fchlsystems f\u00fcr die Kontrolle der Temperatur der Form f\u00f6rderlich, so dass die innere W\u00e4rme einen Zustand des dynamischen Gleichgewichts erreichen kann, wodurch die Qualit\u00e4t des Produkts gew\u00e4hrleistet wird. Abbildung 4 ist ein K\u00fchlwasserkreislaufdiagramm f\u00fcr die feste und die bewegliche Gie\u00dfform. Abbildung 5 ist ein dreidimensionales Modell des Produktgie\u00dfsystems mit einem K\u00fchlsystem. Das K\u00fchlsystem umfasst Wasserkan\u00e4le und einige Hochdruckpunkt-K\u00fchlmechanismen, die f\u00fcr bestimmte Positionen ausgelegt sind. Die Hochdruckpunktk\u00fchlung wird in dem Bereich mit einer langen Erstarrungszeit eingesetzt, um die Position allein abzuk\u00fchlen.<\/p>\n\n\n\n Abbildung 4<\/p>\n\n\n\n Abbildung 5<\/p>\n\n\n\n F\u00fcr die seitlichen L\u00f6cher und Hinterschneidungen, die nicht mit der Trennungsrichtung \u00fcbereinstimmen und nicht einfach direkt geformt werden k\u00f6nnen, wird im Allgemeinen die Kernziehstruktur verwendet. Beim Druckgussverfahren f\u00fcr das Getriebegeh\u00e4use wird die Form nach der Trennung der beweglichen und der festen Form ge\u00f6ffnet, der Kern wird zuerst gezogen und dann ausgeworfen. Wie in Abbildung 6 dargestellt, gibt es bei den beiden seitlichen L\u00f6chern des markierten Kastens einen gewissen Ziehwinkel der Form, da ihre Richtung nicht mit der \u00d6ffnungsrichtung der Form \u00fcbereinstimmt, so dass diese beiden Positionen durch die Kernziehstruktur des Hydraulikzylinders gebildet werden. Je nach den strukturellen Merkmalen des Produkts werden die Kernzugstrukturen der beiden Hydraulikzylinder auf der beweglichen Form angeordnet.<\/p>\n\n\n\n Abbildung 6<\/p>\n\n\n\n Die Wahl der Druckgie\u00dfmaschine h\u00e4ngt von der Einspritzenergie, der Kapazit\u00e4t der Druckkammer, der Schlie\u00dfkraft und der Gr\u00f6\u00dfe des Formeinbaus usw. ab. Die Schlie\u00dfkraft dient dazu, die Expansionskraft w\u00e4hrend der Druckgussproduktion zu \u00fcberwinden, um die Trennfl\u00e4che der Form zu verriegeln und so das Verspritzen von geschmolzenem Aluminium zu verhindern. Normalerweise sollte die Schlie\u00dfkraft der Form gr\u00f6\u00dfer sein als die theoretisch berechnete Expansionskraft. Andernfalls kann die Form nicht fest verriegelt werden, der Druck im Hohlraum kann nicht garantiert werden, und das fl\u00fcssige Aluminium kann w\u00e4hrend des F\u00fcllvorgangs von der Trennfl\u00e4che \u00fcberlaufen, was zu Defekten wie z. B. Gratbildung f\u00fchrt, was die Ma\u00dfgenauigkeit des Gussteils ernsthaft beeintr\u00e4chtigt. Die Formel f\u00fcr die Expansionskraft kann wie folgt ausgedr\u00fcckt werden:<\/p>\n\n\n\n (1) Expansionskraft, wenn die Form keine Exzentrizit\u00e4t aufweist: (2) Wenn es einen Kern-Zieh-Mechanismus, die normale Kraft auf die Neigung des Keils Block: In Formel (2) und Formel (3): P ist die Expansionskraft auf die Formtrennfl\u00e4che, N; p ist der spezifische Einspritzdruck MPa; A ist die Projektion des Gussst\u00fccks, des Anschnittsystems und der \u00dcberlaufrille auf die Summe der Trennfl\u00e4che; P1 ist die schr\u00e4ge Normalkraft des Keilblocks, kN; A1 ist die projizierte Fl\u00e4che des Formteils des seitlich beweglichen Kerns, m2; \u03b1 ist der Neigungswinkel des Keilblocks.<\/p>\n\n\n\n (3) Berechnung der Spannkraft: In der Formel: K ist der Sicherheitsfaktor, nehmen Sie hier 1,2. Pr\u00fcfen Sie den empfohlenen Wert f\u00fcr den spezifischen Einspritzdruck der Aluminiumlegierung. F\u00fcr luftdichte Teile betr\u00e4gt der empfohlene Wert f\u00fcr den spezifischen Einspritzdruck 80-120 MPa, hier wird 90 MPa angenommen, und der Neigungswinkel des Schiebers betr\u00e4gt 10\u00b0. Nach der Berechnung sollte die erforderliche Schlie\u00dfkraft nicht unter 31 161,6 kN liegen. Nach den Berechnungsergebnissen der Schlie\u00dfkraft und der \u00dcberpr\u00fcfung der Einbaugr\u00f6\u00dfe und des Form\u00f6ffnungshubs wird eine Druckgie\u00dfmaschine von 3200T oder h\u00f6her verwendet, und das Modell der Druckgie\u00dfmaschine wird schlie\u00dflich ausgew\u00e4hlt: B\u00fchler 3200T. Auch Parameter wie die Druckkammerkapazit\u00e4t und die Einbauma\u00dfe der Druckgie\u00dfmaschine entsprechen den Anforderungen.<\/p>\n\n\n\n Die Grundlage f\u00fcr die Gestaltung des Druckgussverfahrens ist die Flie\u00df-, Erstarrungs- und Umformtheorie. W\u00e4hlen Sie angemessene Druckgussprozessparameter und f\u00fchren Sie einen Probebetrieb der Druckgussproduktion durch. Der Durchmesser der Druckkammer wird auf 140 mm festgelegt, und es werden die Parameter f\u00fcr die optimale Vorw\u00e4rmtemperatur der Form, die Gie\u00dftemperatur und die Stempelgeschwindigkeit untersucht. Die Vorw\u00e4rmtemperatur der Form wird auf 140, 160, 180, 200 und 220 \u00b0C, die Gie\u00dftemperatur auf 650, 670, 680, 690 und 700 \u00b0C und die Einspritzgeschwindigkeit auf 0,1, 2,5, 3,5, 4,0 und 4,5 m\/s eingestellt. F\u00fchren Sie mehrere orthogonale Tests nacheinander durch, analysieren und vergleichen Sie, um die besten Prozessparameter zu ermitteln.<\/p>\n\n\n\n Die Vorw\u00e4rmtemperatur der Form hat einen gro\u00dfen Einfluss auf die Qualit\u00e4t des Produkts. Im Allgemeinen liegt die Vorw\u00e4rmtemperatur der Form \u00fcber 180 \u2103, was etwa 1\/3 der Gie\u00dftemperatur entspricht. Bei Produkten mit d\u00fcnnen W\u00e4nden oder komplexen Strukturen kann die Temperatur entsprechend angepasst werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Qualit\u00e4t des Gusses besser. Wird die Vorw\u00e4rmtemperatur der Form zu niedrig eingestellt, neigt das Gussteil aufgrund der erh\u00f6hten Schwindungsspannung zu Rissen; ist die Vorw\u00e4rmtemperatur der Form zu hoch, verl\u00e4ngert sich die Vorw\u00e4rmzeit, wodurch sich der Produktionszyklus verl\u00e4ngert und die Produktionseffizienz verringert. Nach vielen Fehlersuchen wird die vern\u00fcnftigere Vorw\u00e4rmtemperatur der Form auf 200 \u2103 f\u00fcr die feste Form und 220 \u2103 f\u00fcr die bewegliche Form eingestellt.<\/p>\n\n\n\n Die Gie\u00dftemperatur ist die durchschnittliche Temperatur, mit der das geschmolzene Metall aus der Presskammer in die Kavit\u00e4t eintritt, ausgedr\u00fcckt durch den Temperaturwert des Warmhalteofens. Die Gie\u00dftemperatur hat einen wichtigen Einfluss auf die Produktqualit\u00e4t. Wenn die Temperatur zu hoch ist, ist die Schrumpfung gro\u00df, die Gasl\u00f6slichkeit ist gro\u00df und das Gussteil neigt zu Rissen, groben K\u00f6rnern und klebrigen Formen; . Dar\u00fcber hinaus h\u00e4ngt sie mit der Einspritzgeschwindigkeit und der Legierungszusammensetzung zusammen. Nach vielen Versuchen liegt die Gie\u00dftemperatur besser bei 670 \u00b0C.<\/p>\n\n\n\n Die Aluminiumfl\u00fcssigkeit wird in den Hohlraum gef\u00fcllt, und die Einspritzgeschwindigkeit wird in zwei Stufen unterteilt: langsame Einspritzgeschwindigkeit und schnelle Einspritzgeschwindigkeit. Die langsame Einspritzphase bezieht sich auf den Bewegungsprozess, bei dem der Stempel die Aluminiumfl\u00fcssigkeit vorw\u00e4rts dr\u00fcckt, bis der Stempel die Aluminiumfl\u00fcssigkeit in der Druckkammer in den Innenkanal dr\u00fcckt, und die schnelle Einspritzphase bezieht sich auf die Einspritzgeschwindigkeit des Stempels, wenn die Aluminiumfl\u00fcssigkeit die Kavit\u00e4t f\u00fcllt. Die schnelle Einspritzgeschwindigkeit ist eng mit der F\u00fcllqualit\u00e4t verbunden. Wenn die Einspritzgeschwindigkeit des Stempels zu niedrig ist, kann das Gussteil nicht geformt werden oder die Qualit\u00e4t der Formung ist schlecht. Erh\u00f6hen Sie die Einspritzgeschwindigkeit, um die Flie\u00dff\u00e4higkeit des geschmolzenen Aluminiums zu verbessern und Fehler wie Flie\u00dfspuren und Kaltverformungen zu vermeiden. Nach mehrmaligem \u00dcben liegt die beste Einspritzgeschwindigkeit f\u00fcr dieses Produkt bei 4,5 m\/s. Die Beziehung zwischen der Einspritzgeschwindigkeit des Innenkanals und der schnellen Einspritzgeschwindigkeit ist: In der Formel: Vn ist die Einspritzgeschwindigkeit des Innenkanals, m\/s; An ist die Fl\u00e4che des Innenkanals, und An =1 450 m\u33a1 ergibt sich aus Formel (1); Vk ist die schnelle Einspritzgeschwindigkeit, die mit 4,5 m\/s gew\u00e4hlt wurde; Ak ist die Porenfl\u00e4che innerhalb der Druckkammer, und der Durchmesser der Druckkammer betr\u00e4gt 140 mm. Nach der Berechnung betr\u00e4gt die Geschwindigkeit des Innenkanals 48 m\/s.<\/p>\n\n\n\n Das Einspritzverfahren f\u00fcr dieses Produkt ist in f\u00fcnf Stufen unterteilt: <\/p>\n\n\n\n After the injection process is over, the die-casting machine opens the mold, and at the same time, the core-pulling mechanism of the static mold pulls the core-continues to open the mold, and the movable mold core pulls-continues to open the mold and eject the die-casting part-the pick-up manipulator takes out the die-casting part-spraying the manipulator to spray the mold release agent , to complete a die-casting process cycle. Fig. 8 is the final die-casting product of the aluminum alloy gearbox casing. The surface of the gearbox housing has a clear outline, and there are no defects such as fins, cracks, pores, and cold shuts on the surface. After subsequent machining, it passed the verification of the high and low pressure leak test on the test bench.<\/p>\n\n\n\n Fig. 8<\/p>\n\n\n\n
<\/figure>\n\n\n\n
<\/figure>\n\n\n\n2. die Formgestaltung<\/h3>\n\n\n\n
2.1 Festlegung der Trennfl\u00e4che<\/h4>\n\n\n\n
<\/figure>\n\n\n\n2.2 Aufbau des Angusssystems<\/h4>\n\n\n\n
2.2.1 Konstruktion des Innenlaufs<\/h5>\n\n\n\n
An =G\/\u03c1vgt (1)
In der Formel: An ist die Querschnittsfl\u00e4che des Anschnitts \u33a1; G ist die Masse des geschmolzenen Metalls, die durch den Anschnitt hindurchgeht, die mit 10,9 kg angenommen wird; \u03c1 ist die Dichte des geschmolzenen Metalls, die mit 2,7\u00d7103 kg\/m\u00b3 angenommen wird; vg ist das Metall am Anschnitt Die Geschwindigkeit der Fl\u00fcssigkeit betr\u00e4gt in der Tabelle 40 m\/s; t ist die F\u00fcllzeit, und sie betr\u00e4gt in der Tabelle 0,07 s. Nach Formel (1) berechnet, betr\u00e4gt An 1 441 m\u33a1.<\/p>\n\n\n\n2.2.2 Gestaltung von Rinnen und \u00dcberlaufsystemen<\/h5>\n\n\n\n
2.3 Auslegung des K\u00fchlsystems<\/h4>\n\n\n\n
<\/figure>\n\n\n\n
<\/figure>\n\n\n\n2.4 Konstruktion des Kernzugmechanismus<\/h4>\n\n\n\n
<\/figure>\n\n\n\n3. die Auswahl der Druckgussmaschine und der Prozessparameter<\/h3>\n\n\n\n
3.1 Auswahl der Druckgussmaschine<\/h4>\n\n\n\n
P=pA (2)<\/p>\n\n\n\n
P=p1A1 tan \u03b1 (3)<\/p>\n\n\n\n
T=KF gesamt (4)<\/p>\n\n\n\n3.2 Auswahl der Parameter des Druckgie\u00dfprozesses<\/h4>\n\n\n\n
3.2.1 Vorw\u00e4rmtemperatur der Form<\/h5>\n\n\n\n
3.2.2 Ausgie\u00dftemperatur<\/h5>\n\n\n\n
3.2.3 Einspritzgeschwindigkeit<\/h5>\n\n\n\n
VnAn = VkAk (5)<\/p>\n\n\n\n4) Druckguss-Produktionsverfahren<\/h3>\n\n\n\n
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<\/figure>\n\n\n\nSchlussfolgerung<\/h3>\n\n\n\n
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